Ældningstyper, ældningstest og anti-ældningsmetoder af polymermaterialer
01 Aktuel status for udvikling af polymermaterialer
Polymermaterialer, på grund af deres fremragende egenskaber såsom let vægt, høj styrke, temperaturbestandighed og korrosionsbestandighed, er nu meget udbredt inden for mange områder såsom high-end fremstilling, elektronisk information, transport, energibesparelse i bygninger, rumfart og nationalt forsvars- og militærindustri. spillede en stor rolle.
Det er ikke kun en vigtig basisindustri i den nationale økonomi, men også en førende industri i landet;
Det er ikke kun en strategisk spirende industri i den petrokemiske industri, men også et vigtigt støttemateriale til strategiske spirende industrier såsom elektronisk information, rumfart, nationalt forsvar og ny energi;
Det har ikke kun et højt teknologisk indhold og høj merværdi, det er også en vigtig retning for transformationen og opgraderingen af den petrokemiske industri.
Derfor har polymermaterialer altid været et udviklingsområde, som udviklede lande og multinationale virksomheder lægger stor vægt på. Dette giver ikke kun en bred markedsplads til den nye polymermaterialeindustri, men stiller også højere krav til dens kvalitetsydeevne, pålidelighedsniveau og supportmuligheder.
Derfor har det tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed, hvordan man maksimerer funktionerne af polymermaterialeprodukter baseret på principperne om energibesparelse, lavt kulstofindhold og økologisk udvikling. Ældning er en vigtig faktor, der påvirker pålideligheden og holdbarheden af polymermaterialer.
02 Ældningstyper af polymermaterialer
Under forarbejdning, opbevaring og brug af polymermaterialer, på grund af de kombinerede virkninger af interne og eksterne faktorer, forringes deres egenskaber gradvist og til sidst mister deres brugsværdi. Dette fænomen hører til ældning af polymermaterialer.
Dette medfører ikke kun ressourcespild, men kan endda føre til større ulykker på grund af funktionssvigt, og nedbrydning af materialer forårsaget af ældning kan også forurene miljøet.
På grund af forskellige typer polymerer og forskellige brugsforhold har de forskellige ældningsfænomener og karakteristika. Generelt kan ældning af polymermaterialer klassificeres i følgende fire typer ændringer:
1. Ændringer i udseende
Forekomsten af pletter, pletter, striber, revner, opblomstring, kridtning, klæbrighed, vridning, fiskeøjne, rynker, krympning, svidning, optisk forvrængning og ændringer i optisk farve.
2. Ændringer i fysiske egenskaber
Herunder ændringer i opløselighed, hævelse, rheologiske egenskaber, kuldebestandighed, varmebestandighed, vandpermeabilitet, luftgennemtrængelighed og andre egenskaber.
3. Ændringer i mekaniske egenskaber
Ændringer i trækstyrke, bøjningsstyrke, forskydningsstyrke, slagstyrke, relativ forlængelse, spændingsafspænding og andre egenskaber.
4. Ændringer i elektriske egenskaber
Såsom ændringer i overflademodstand, volumenmodstand, dielektrisk konstant, elektrisk nedbrydningsstyrke osv.
03 Faktorer, der forårsager ældning af polymermaterialer
1. Makroanalyse
For under forarbejdning og brug af polymerer vil de blive udsat for de kombinerede virkninger af miljøfaktorer som varme, ilt, vand, lys, mikroorganismer og kemiske medier. Deres kemiske sammensætning og struktur vil gennemgå en række ændringer, og deres fysiske egenskaber vil også ændre sig tilsvarende. Forringelse, såsom hårdhed, klæbrighed, skørhed, misfarvning, tab af styrke osv. Disse ændringer og fænomener kaldes aldring.
2. Mikroskopisk analyse
Højmolekylære polymerer vil danne exciterede tilstandsmolekyler under påvirkning af varme eller lys. Når energien er høj nok, vil molekylekæderne bryde og danne frie radikaler. De frie radikaler kan danne kædereaktioner inde i polymeren, fortsætte med at forårsage nedbrydning og kan forårsage tværbinding.
Hvis ilt eller ozon er til stede i miljøet, vil en række oxidationsreaktioner blive induceret til at danne hydroperoxider (ROOH), som yderligere nedbrydes til carbonylgrupper.
Hvis der er resterende katalysatormetalioner i polymeren, eller metalioner såsom kobber, jern, mangan, cobalt osv. indføres under forarbejdning og anvendelse, vil den oxidative nedbrydningsreaktion af polymeren blive accelereret.
04 Aldringstest
Ved udvikling eller forbedring af nye materialer er ældningstest påkrævet for at verificere deres levetid eller anti-ældningseffekt. Almindelige ældningstest omfatter naturlig aldring og laboratorieaccelereret aldring.
1. Naturlig aldring
Naturlig aldring er at udsætte materialeprøven direkte for det naturlige miljø. Normalt installeres prøven på eksponeringsstativet i en bestemt vinkel. Almindelige eksponeringsvinkler er 5 grader, 45 grader og 90 grader. Relevante teststandarder omfatter ISO 877 Plastics - Metoder til eksponering for solstråling; ISO2810 Maling og lak - Naturlig forvitring af belægninger - Eksponering og vurdering; ASTMG7 standardpraksis for atmosfærisk miljøeksponeringstest af ikke-metalliske materialer osv.
Den naturlige ældningstestmetode er enkel og billig, men dens testcyklus er for lang, hvilket påvirker optimeringsfremskridtene for produktdesign. Da det er et naturligt miljø, og klimaforholdene ikke kan kontrolleres, er valget af teststedet særligt vigtigt for at sikre reproducerbarheden af testresultaterne. USA etablerede et naturligt klimafelt i det sydlige Florida i 1931, som er et standardeksponeringsfelt for varmt og fugtigt klima i USA. Teststedet, der er etableret i det centrale Arizona, er et standardsted for tør varmeeksponering. Turpan eksponeringsteststedet for mit lands nationale motorkøretøjsproduktkvalitetsovervågnings- og inspektionscenter er også et typisk tørt og varmt klimaeksponeringssted. Den maksimale temperatur i Turpan-området fra maj til august er over 40 grader, den ekstreme maksimumtemperatur er 49,6 grader, og den gennemsnitlige årlige nedbør er kun 8 mm. Eksponeringsfeltet i Qionghai, Hainan har typiske varme og fugtige klimaforhold. Den årlige gennemsnitstemperatur er 27,4 grader, og den gennemsnitlige årlige nedbør er så høj som 2134 mm.
2. Accelereret aldring i laboratoriet
For at fremskynde testcyklussen og opnå aldringsdata hurtigere, bruger laboratoriet normalt kunstige lyskilder til at simulere solstråling, matche forskellige temperatur-, fugt- og regnforhold osv., og kan simulere forskellige naturlige klimaer.
1) Valg af lyskilde
Almindeligt anvendte kunstige lyskilder omfatter xenonbuelamper, metalhalogenlamper og ultraviolette fluorescerende lamper. UV fluorescerende lamper kan simulere sollys meget godt i mellembølge UV og kortbølge UV områder. Xenonbuelamper og metalhalogenlamper kan simulere sollys meget godt i hele spektret. Derfor kan testkamre, der anvender xenonlamper og metalhalogenlamper som lyskilder, godt simulere sollysstråling, mens ældningskamre, der anvender fluorescerende ultraviolette lamper, ikke er beregnet til at efterligne sollys, men kun simulere sollysets ældningseffekt. Derudover er der aldringsbokse på markedet, der bruger kulbuelamper som lyskilde. Kulstofbuespektret har dog ikke en god korrelation med sollysspektret, og brugen af kulbuelampetest er af historiske årsager.
2) Relevansen af accelereret aldring
Korrelation refererer til graden af overensstemmelse mellem de accelererede ældningsresultater i laboratoriet og ældningsresultaterne af materialet i det faktiske brugsmiljø. Kun når den accelererede ældningstest er relevant, kan den virkelig afspejle materialets vejrbestandighed og virkelig forudsige materialets levetid. Urimelig accelereret test vil reducere testens relevans og endda miste sin mening.
3) Udviklingstendensen med accelereret aldring i laboratorier
Som nævnt i begyndelsen omfatter de faktorer, der påvirker materialets aldring, solstråling, temperatur, vand og andre faktorer. Ældningen af materialer er resultatet af disse faktorers fælles påvirkning, men det er ikke en simpel overlejring af virkningerne af forskellige faktorer. Synergien mellem dem skal også overvejes. Derfor kan en mere omfattende simulering af materialets faktiske brugsmiljø føre til bedre relevante resultater. For eksempel er testen ifølge ISO 20340-standarden baseret på en cyklus på 7 dage. På 1. til 3. dag udføres en UV-test med lys og mørke cyklus i henhold til ISO 11507. På 4. til 6. dag udføres en saltspraytest i henhold til ISO 9227. På den 7. dag ({{9} } Lavtemperaturtest på ±2) grader . Sammenlignet med den traditionelle vejrbestandighedstest integrerer den flere ældningspåvirkende faktorer og er mere i overensstemmelse med materialets faktiske brugsforhold, så det bedre kan afspejle den faktiske ældning af materialet. Vi ved, at skimmelsvamp, ozonkoncentration osv. alle har en vigtig indflydelse på ældning af plastprodukter. Hvordan man integrerer flere aldringsfaktorer i testning vil være en af udviklingsretningerne for accelereret aldring i laboratorier.
05 Metoder til anti-ældning af polymermaterialer
På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste metoder til at forbedre og forbedre anti-aldringsegenskaberne af polymermaterialer følgende:
1. Fysisk beskyttelse (såsom fortykkelse, maling, blanding af ydre lag osv.)
Ældningen af polymermaterialer, især fotooxygenældning, starter først fra overfladen af materialet eller produktet, og viser sig som misfarvning, pulverisering, revner, glanstab osv., og trænger derefter gradvist dybere ind i det indre. Tynde produkter er mere tilbøjelige til at svigte for tidligt end tykke produkter, så produktets levetid kan forlænges ved at fortykke produktet. For produkter, der er tilbøjelige til at ældes, kan du påføre et lag belægning med god vejrbestandighed på overfladen eller sammensætte et lag materiale med god vejrbestandighed på produktets ydre lag for at fastgøre et beskyttende lag til overfladen af produktet. produkt. Sænk ældningsprocessen.
2. Forbedre forarbejdningsteknologi
Mange materialer har også ældningsproblemer under syntese- eller fremstillingsprocessen. For eksempel påvirkningen af varme under polymerisation, termisk oxygenældning under forarbejdning osv. Tilsvarende kan virkningen af oxygen afbødes ved at tilføje en oxygenfjernelsesanordning eller en vakuumanordning under polymerisation eller forarbejdning. Denne metode kan dog kun garantere materialets ydeevne, når det forlader fabrikken, og denne metode kan kun implementeres fra kilden til materialeforberedelse og kan ikke løse ældningsproblemet under dets oparbejdning og brug.
3. Strukturelt design eller modifikation af polymermaterialer
Mange polymermaterialer indeholder grupper, der er meget modtagelige for ældning i deres molekylære struktur. Gennem materialets molekylære strukturdesign kan man derfor ofte opnå gode resultater ved at erstatte de grupper, der er tilbøjelige til at ældes med grupper, der ikke er tilbøjelige til at ældes. Eller funktionelle grupper eller strukturer med anti-aldringseffekter kan indføres i polymerkæden gennem podning eller copolymerisation, hvilket giver selve materialet fremragende anti-ældningsfunktioner. Dette er også en metode, der ofte bruges af forskere, men omkostningerne er relativt høje. Høj produktion og anvendelse i stor skala kan ikke opnås på nuværende tidspunkt.
4. Tilføj anti-aging tilsætningsstoffer
På nuværende tidspunkt er en effektiv og almindelig måde at forbedre ældningsbestandigheden af polymermaterialer på at tilføje anti-aldringsadditiver, som er meget udbredt på grund af deres lave omkostninger og fraværet af ændringer i eksisterende produktionsprocesser. Der er to hovedmåder at tilføje disse anti-aging tilsætningsstoffer:
Direkte tilsætningsmetode for additiver: det vil sige, at anti-aldringsadditivet (pulver eller væske) blandes direkte og omrøres med råmaterialer såsom harpiks og ekstruderes derefter til granulering eller sprøjtestøbning osv. Fordi denne tilsætningsmetode er enkel og nem at implementere, er det meget brugt af de fleste pelletiserings- og sprøjtestøbningsfabrikker.
Anti-aging masterbatch-tilsætningsmetode: Producenter med højere krav til produktkvalitet og kvalitetsstabilitet bruger oftere metoden til at tilføje anti-aging masterbatch under produktionen. Anti-aging masterbatch opnås ved at bruge en passende harpiks som bærer, blandet med en række effektive anti-aging additiver og derefter co-ekstruderet og granuleret med en dobbeltskrue ekstruder. Dens anvendelsesfordel ligger i brugen af anti-aldringsadditiver i masterbatch-forberedelsesprocessen. For det første opnås prædispersion, og derefter i den senere materialebearbejdningsproces bliver anti-aldringsadditiverne sekundært dispergeret, hvilket opnår formålet med ensartet spredning af additiverne i polymermaterialematricen, hvilket ikke kun sikrer kvalitetsstabiliteten af produkt, men også Det undgår støvforurening under produktionen, hvilket gør produktionen mere grøn og miljøvenlig.